Onderzoekers van de Universiteit van Kyoto hebben een nieuwe benadering ontwikkeld om de fabricage van zachte, poreuze materialen, het overwinnen van een primaire uitdaging in de materiaalwetenschap.

Poreus, gelachtige materialen die ondanks hun kleine holtes een stabiele structuur hebben, hebben een breed scala aan potentiële toepassingen. Isolatie van gebouwen, apparaten voor energieopslag, ruimtevaarttechnologieën, en zelfs milieusaneringen kunnen allemaal profiteren van het gebruik van lichte en flexibele materialen. Moleculaire assemblages die metaal-organische veelvlakken (MOP's) worden genoemd, zijn toonaangevende kanshebbers voor deze materialen vanwege hun interessante vormen en porositeit. Maar het vervaardigen van materialen uit deze samenstellingen met intrinsieke en gecontroleerde porositeit blijft een uitdaging.

Shuhei Furukawa van Kyoto University's Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS), met collega's in Japan en Spanje, een manier gevonden om de synthese van een poreuze gel te regelen door de zelfassemblage van MOP's met behulp van organische linkers.

Ze begonnen met een cuboctaëdrische MOP gevormd uit rhodiumatomen verbonden met sterke carboxylaatbindingen, waardoor het een hoge mate van structurele stabiliteit heeft. De MOP's werden in een vloeibaar oplosmiddel met organische 'linker'-moleculen geplaatst om het zelfassemblageproces op gang te brengen. Het team ontdekte dat het geleidelijk toevoegen van linkers aan de oplossing en het veranderen van de temperatuur van de oplossing hen in staat stelde de vorming en grootte van de bolvormige deeltjes die zich ontwikkelden te beheersen.

De onderzoekers ontdekten dat subtiele veranderingen in de reactieomstandigheden de uitkomst van de reacties sterk beïnvloedden. Toen het team bij 80°C een grote hoeveelheid linkermoleculen aan de rhodium MOP-oplossing toevoegde en deze vervolgens snel afkoelde tot kamertemperatuur, een gel gevormd. Het team behandelde de gel vervolgens met superkritisch koolstofdioxide. Het gas verving de vloeibare component van de gel, wat leidt tot de vorming van een ultralichte 'aerogel'.

"We stellen ons voor dat door het begrijpen van de relatie tussen geometrieën op moleculaire schaal en de resulterende macroscopische vormen, er kan een echte vooruitgang worden geboekt in de ontwikkeling van zachte materie die zowel permanent poreus is als materiaalverwerking, " concluderen de onderzoekers in hun studie gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie . Hun bevindingen zouden kunnen leiden tot de fabricage van zachte, flexibele materialen met permanente porositeit, ze zeggen.